Matrix mechanics and water permeation regulate extracellular vesicle transport是发表于《Nature Nanotechnology》的一篇文章，细胞外囊泡在细胞间通信中起着重要作用，但它们如何在细胞外基质中运输一直是个谜。通常，细胞外囊泡的尺寸大于基质的网孔尺寸，然而它们却能在其中顺利通行。近期的研究发现，基质力学和水渗透对细胞外囊泡的运输起到了关键的调节作用。接下来，我们将深入了解这一发现的具体内容和意义。

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一、引言

细胞外囊泡（EVs）是细胞衍生的颗粒，存在于细胞外基质（ECM）中，直径通常为50 - 500nm。然而，ECM的网孔尺寸通常小于EVs， ECM具有多种力学性质且平均网孔尺寸常小于EVs。但EVs能在天然纳米多孔基质中轻易运输，例如从小鼠间充质 stromal 细胞（MSCs）制备的EVs，标记为CD63 - K2S（K2S - EVs），可在脱细胞基质中观察到其分布和释放。

二、基质力学对EVs运输的调节

（一）实验设计

为确定基质力学是否介导EV运输，构建了一系列具有不同力学性质的藻酸盐基水凝胶，其力学性质与组织中存在的相似。水凝胶可通过二价阳离子或点击化学进行交联，且交联后的G可调。物理交联导致应力松弛水凝胶，共价交联导致弹性水凝胶。此外，还制备了藻酸盐和胶原-I聚合物的互穿网络（IPN）水凝胶，其G可独立于胶原-I浓度进行调节。

（二）实验结果

水凝胶的性质对EV释放的影响：水凝胶的G和交联类型会影响EVs的释放，应力松弛水凝胶中G越高，EVs的释放越多，这种效应在其他细胞来源的EVs中也存在，而脂质体没有这种现象。

EV在不同水凝胶中的运输情况：在僵硬的应力松弛基质中，EVs的运输更接近溶液中的扩散运输（α接近0.88），而软应力松弛基质中的EVs扩散系数（D1.06s）显著降低且呈亚扩散运输（α约为0.49），僵硬弹性基质中的EVs亚扩散运输更明显（α约为0.045）。

基质对EV运输运动的影响：应力松弛基质中的EVs运输具有“动态异质性”，僵硬基质驱动EVs在轨道内的运输运动波动，使EVs能够更快地逃脱“笼子”的限制。在僵硬应力松弛基质中，更多的EVs能够逃脱笼子且速度更快（约1.3秒），僵硬应力松弛基质中的EVs探索的空间也更大（具有更高的回转半径Rg）。

三、EV内在性质对其运输的驱动

（一）实验设计

通过冻干和再水化实验研究EV膜结构完整性对运输的影响，通过添加整合素结合配体RGD和药物处理研究EV表面相互作用和肌动球蛋白收缩性对运输的影响，通过检测ATP浓度和部分耗尽细胞ATP研究EV运输的代谢机制，通过添加水通道蛋白抑制剂和基因沉默研究水渗透对EV运输的调节作用。

（二）实验结果

膜结构完整性的影响：冻干后的EVs不能从僵硬的应力松弛水凝胶中释放更多，扩散系数D1.06s降低约10倍，α降至约0.25，表明完整的膜结构对EV的机械敏感运输是必要的。

其他因素的排除：排除了EV表面相互作用、肌动球蛋白收缩性和代谢活性对EV运输的影响。

水渗透的调节作用：水通道蛋白1（AQP1）介导了EV的运输，AQP1缺失会使EV的杨氏模量增加，变形能力降低，从水凝胶和脱细胞基质中释放减少，扩散系数D1.06s降低约3倍，但α不变，逃脱笼子的时间增加。

四、结论

EVs能在聚合物基质中运输，尽管其尺寸大于基质的平均网孔尺寸，基质应力松弛允许EVs逃脱聚合物网络形成的笼子，僵硬基质增加了EVs的运输运动波动，从而增强了EVs的运输能力。AQP1使EVs更具变形能力，从而促进其在基质中的运输。这一发现对于理解EV在ECM中的运输行为以及开发治疗性EV的递送策略具有重要意义。

参考文献：

Lenzini S, et al. Matrix mechanics and water permeation regulate extracellular vesicle transport. Nat Nanotechnol. 2020 Mar;15(3):217-223.